闽南山地西南桦混交林生长和生态效益研究

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摘要：在闽南山地开展了西南桦分别与杉木、木荷及建柏单行混交造林的试验研究，以西南桦纯林为对照，探索了西南桦在闽南山区造林模式。研究发现；10年生混交林中西南桦的保存率、生长量和蓄积量均高于西南桦纯林并有显著差异，西南桦混交林蓄积量大大超过了西南桦纯林；西南桦混交林植物多样性指数大于西南桦纯林；西南桦混交林的土壤理化性质较西南桦纯林为佳。在西南桦3种混交林中，西南桦杉木混交林蓄积量和植物多样性指数最大，西南桦木荷混交林其次，土壤理化性质以西南桦木荷混交林最好，西南桦杉木混交林其次。结果表明：闽南山区西南桦造林以营建西南桦杉木混交林或西南桦木荷混交林为宜。

关键词：闽南山地；西南桦；混交林；植物多样性；土壤理化性质

中图分类号：S722.13文献标识码：A文章编号：1674-9944（2013）10-0056-04

1引言

西南桦（Betula alnoides Hamilt.）是桦木科（Betulaceae）桦树属（Betula）强阳性落叶乔木树种，在常绿阔叶次生林中处于先锋位置。西南桦在国内主要分布在云南、广西和贵州的南部到西南部，是福建省南部重要的用材树种[1]。该树种根系发达分布深，适宜在酸性土壤中生长，对土壤肥力状况要求不严，但在深厚、疏松、排水良好的土壤中生长快、产量高[2]。西南桦树体高大，树冠塔形，干形通直，尖削度小，材质细致优良，木材已列为珍贵用材而广泛应用[3]。

闽南山地大多立地条件较差，Ⅲ、Ⅳ类地所占比例大，造林树种有限，而传统的杉木、马尾松连栽常引起地力下降、病虫害等生态问题[4]。近十多年来，由于桉树的成功引种，闽南山地开展了较大面积的桉树造林，但由于桉树林不合理经营产生的地力衰退、水质污染和病虫害等后果，限制了其进一步发展[5～7]。西南桦作为耐贫瘠、喜光和速生的树种在闽南山地有其较好的适应性，开展西南桦和闽南山地本土树种混交造林，对于优化闽南山地人工林林分结构、改善其生态功能和增强其生态系统稳定性有较大作用。笔者在南安五台山林场分别进行了西南桦和杉木、木荷及福建柏的混交试验，从中筛选生长和生态效益较为理想西南桦林分类型，为闽南山地人工林选择提供参考。

2试验地概况

试验地设在五台山林场秀山工区7林班2小班。林地为低山丘陵地，海拔约170 m。土壤是沉积岩发育的红壤，土壤肥力不高，属于Ⅲ类林地。林地大部分土层比较厚，在50cm以上，少部分立地土层浅（30cm左右），土壤含沙石多，尤其山脊地带土层浅薄厚度不足30cm。林地因小地形变化大，坡度变化也大，平均坡度为21°，个别地段达28～31°。林地前茬是马尾松（Pinus massoniana Lamb.）稀疏林，林分平均高10.8m，平均胸径15.6cm，由于是疏林，林木分化严重，林木径级差异大，小树粗仅6～7cm，大树达27cm，林龄大（20多年），林相参差不齐。试验地主要植被有铁芒萁（Dicranoteris linearis （Burm.）Underw）、桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa（Ait.）Hassk.）、黄瑞木（Cratoxylon cochinchinrnse （Lour.）Blume）等。

3研究方法

3.1试验设计和造林

2002年8月，对秀山工区7林班2小班的马尾松林进行采伐，主林木采伐后对林地砍杂晒干，开防火带后烧炼，后再次清杂即清理炼山的剩余物集中堆烧垦整地，株行距2.5m×3m，穴规格为50cm×50cm×40cm。安排西南桦分别和杉木、木荷及福建柏混交试验，西南桦分别和杉木、木荷及福建柏按1∶1比例混交，西南桦纯林对照，试验林沿上、中、下坡随机布设，4个处理，3次重复，每块试验样地面积20m×20m，共12块样地，样地间用3行卷荚相思隔离开。试验区外营造大约25亩的西南桦和杉木、木荷混交的示范林。2003年4月造林，西南桦苗木为来自广西的袋装苗，高度30cm左右，杉木、木荷和建柏为本地培育的裸根苗，苗高与西南桦苗木相当。造林后前两年每年除草两次，分别于4～5月和9～10月进行。

3.2试验林观测和试验数据收集

试验林每年5月和11月各观测1次生长量，每年观测径、高和冠幅生长量，第3年以后增加观测枝下高和干形等生长情况。2013年8月，对试验林全面调查，调查因子包括每木量测胸径、树高、冠幅、枝下高等生长因子、林下植物多样性和土壤理化性质。林下植物多样性调查：在每块样地中4个角落和样地对角线交叉点位置各设置一个2m×2m的小样方，在样方内分别测定灌木、草本的种类、数量。林下植物多样性计算公式：

物种丰富度S：指物种总的种数；

物种多样性指数：

Simpson指数D=N（N-1）/∑Ni（Ni-1），

Shannon-Wiener指数H=-∑Ni/Nlog2Ni/N。

式中：Ni表示某个种的个体数目，N表示所有种个体树木总和，S为物种数目。土壤取样与理化性质测定：在每块样地中S形随机选取5点挖土壤剖面，每个剖面分别采集0～20cm和20～40cm层的土样约500g带回实验室进行养分分析；每个剖面用“环刀法”采集0～20cm和20～40cm的原状土带回实验室做水分-物理性质测定。土壤水分物理性质和化学分析均按常规方法测定[8，9]。

4结果与分析

4.1西南桦混交林生长状况比较分析

研究和实践都表明，营造混交林对于提高林分质量和生产力都有较大的作用[10]。从西南桦3种混交林和纯林生长情况看出（表1），混交林中西南桦保存率、高和径生长量、单株材积和蓄积均超过纯林。其中西南桦杉木混交林、西南桦木荷混交林和西南桦建柏混交林中西南桦的保存率分别比西南桦纯林提高了22.9%、13.7%和3.7%，平均胸径分别提高了13.6%、12.0%和24.8%，平均树高分别提高了21.5%、27.9%和22.6%，平均单株材积分别提高了53.4%、58.9%和86.4%，平均蓄积分别提高了88.5%、80.7%和94.0%，而林分总蓄积量分别提高了3.3倍、2.5倍和2.3倍。方差分析显示，混交林中的西南桦和西南桦纯林在保存率、平均胸径、树高和单株材积方面存在明显差异，平均蓄积差异极显著（F保存率=5.62*，FD=7.51*，FH=7.30*，FV=9.27*，F蓄积=25.83**）。可见，西南桦和杉木、木荷及建柏混交可以促进其存活和生长。这可能与西南桦和杉木、木荷及建柏之间协调的种间关系有较大的关系，杉木、木荷和建柏生长较西南桦慢些，可为西南桦创造良好的下层空间，保证了林分中西南桦生长适宜的温湿度和土壤水分。西南桦又为混交树种的早期生长起到适当庇护作用。混交林间相互协调、促进的种间关系形成了较为稳定的林分结构。而西南桦纯林林分结构较为单纯，一方面由于早期的病虫害影响了保存率，另一方面由于种内竞争导致了生长的相互限制。从西南桦3种混交林来看，西南桦和杉木、木荷及建柏3个树种混交其生长量差别不大，混交树种以杉木表现最好、木荷其次、建柏高生长略小一些，林分蓄积量以西南桦杉木混交林最大，西南桦木荷混交林和西南桦建柏混交林蓄积量比较接近（表1）。

4.2西南桦混交林植物多样性分析

森林生态系统中林下植物种类、数量和发育状况对立地条件和林分结构的优劣及系统的稳定性均有指示作用。一般来说，林分结构合理和生长良好的森林其林下植物较为丰富。从表2可知，西南桦4种林分类型中，总体是西南桦混交林的林下植物种类和多样性指数高于西南桦纯林。西南桦杉木混交林、西南桦木荷混交林和西南桦建柏混交林下植物种类与西南桦纯林相比分别增加了13种、8种和3种，灌木植物多样性Simpson指数分别提高了10.9%、6.1%和4.0，草本植物多样性Simpson指数分别提高了18.3%、10.5%和2.3%，灌木植物多样性Shannon-Wiener指数分别提高了41.4%、23.5%和3.7%，草本植物多样性Shannon-Wiener指数分别提高了44.0%、31.1%和6.7%。说明西南桦营造混交林可以促进林下植物的生长发育，丰富人工林中植物多样性。这可能是因为混交树种由于形态和生长特性上的差异，引起林分结构上存在上下层次，对于空间和光照的利用更加充分，下层植物生长发育所需要光、温、水、气得到保证，因此不仅乔木层树木生长较快，林下草灌植物也生长旺盛。在西南桦混交林中，林下植物种类和多样性指数以西南桦杉木混交林最高，西南桦木荷混交林其次，西南桦建柏混交林第3（表2）。

4.3西南桦混交林土壤理化性质分析

土壤理化性质是土壤肥力特征的体现。在土壤物理性质包括了土壤容重、孔隙度和持水量等指标。土壤容重、孔隙度和持水量均能表征土壤的紧实程度，从西南桦4种林分土壤容重测定的结果看出（表3），西南桦混交林土壤的容重相对于西南桦纯林的土壤要小些，从空隙度和持水量情况来看（表3），西南桦混交林空隙度和持水量大于西南桦纯林。这可能与西南桦纯林保存株数较少，降雨直接对土壤表层的冲击频率高，易造成地表径流从而引起土壤板结有一定的关系。在西南桦混交林中，西南桦木荷混交林和西南桦杉木混交林土壤的物理性质较好。

土壤化学性质是对土壤肥力高低的直接表征。从表4看出，西南桦4种林分类型土壤化学性质测定的几个指标都表现出西南桦混交林优于西南桦纯林。以土层0～20cm的土壤各化学性质指标为例，其中西南桦杉木混交林、西南桦木荷混交林和西南桦建柏混交林土壤有机质与西南桦纯林相比分别提高了11.2%、35.2%和2.2%，速效钾分别提高了5.4%、22.7%和2.1%，水解性氮分别提高了4.4%、12.4%和2.3%，西南桦4种不同林分类型土壤的全氮、全磷和全钾含量也表现出相同变化规律。说明西南桦与杉木、木荷及建柏混交造林后其土壤的肥力状况要略好于西南桦纯林。这可能是因为西南桦纯林中乔木层和林下植被层植物数量少，枯落物量有限，有机质等营养物质回归土壤少；另一方面由于地面覆盖物少，容易发生地表径流，土壤中营养物质也就容易随表土流失而散失。在西南桦3种混交林中，以西南桦杉木混交林和西南桦木荷混交林土壤的化学性质为佳。

5结语

通过10年生的西南桦杉木单行混交林、西南桦木荷单行混交林、西南桦建柏单行混交林和西南桦纯林在生长量、林分植物多样性和土壤理化性质的比较分析，表明西南桦分别与杉木、木荷和建柏单行混交后，其保存率、高、径、单株材积和蓄积量均高于西南桦纯林，混交林总蓄积量以西南桦杉木混交林为最大，西南桦木荷混交林其次，西南桦纯林最小。西南桦混交林下植物种类和植物多样性指数大于西南桦纯林，混交林中以西南桦与杉木混交的林分植物多样性最丰富，西南桦木荷混交林第二。西南桦4种林分类型土壤肥力以西南桦木荷混交林最好，西南桦杉木混交林其次，西南桦纯林土壤肥力最低。

闽南地区山地大多土壤肥力低下，可供造林的树种种类较少，常见的有相思、杉木、火力楠、木荷、马尾松等。杉木纯林多代栽植地力衰退明显，马尾松近几年发生严重的病虫害限制其在生产上造林，因此，闽南地区山地用材林树种比较有限。西南桦作为用材树种以其耐贫瘠和速生的优良特性在闽南山地有其良好的发展潜力，但研究发现西南桦纯林保存率较低，西南桦与杉木或木荷混交造林不仅西南桦生长快，而且伴生树种表现良好，西南桦和杉木、木荷种间关系协调，林分结构和群落较为稳定，因此，建议闽南山区西南桦造林提倡营建西南桦杉木混交林或西南桦木荷混交林。由于本试验与西南桦混交的树种只选择杉木、木荷和建柏3种并且仅仅采用单行混交方式，如果采取其它混交比例和方式会有怎样的结果；随着年龄的增大，混交林中树种间关系会如何变化；其它树种如相思、火力楠等与西南桦混交又会是怎样的情形等等，均有待于进一步研究观测。

参考文献：

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